Осмотическое разбавление и концентрирование мочи.
Ранее указывалось, что осмолярность крови составляет 285-310 мосм/л, что соответствует плотности 1009-1011 г/л, в то время как осмолярность мочи колеблется в пределах 50-1200 мосм/л (плотность 1001-1035 г/л). Такое колебание осмолярности мочи необходимо для возвращения профильтрованной воды. Так как вода может перемещаться через мембраны только пассивно, для ее реабсорбции необходимо удалить растворенные вещества из нефрона (провести осмотическое разбавление мочи), а затем возвратить воду в межклеточную жидкость и кровь (концентрирование мочи). Осмотическое разбавление мочи осуществляется в петле нефрона (Генле) и, частично, дистальных канальцах, а осмотическое концентрирование - преимущественно в собирательных трубочках.
Осмотическое разбавление мочи в петле Генле и дистальных канальцах обусловлено поступлением Na+, K+ и Cl- в интерстициальную ткань. Данный процесс возможен благодаря низкой проницаемости восходящего колена петли для воды и высокой способности транспорта хлорида натрия, а также калия, из просвета нефрона. Процесс транспорта электролитов активный, то есть требует затрат энергии в виде аденозинтрифосфата (АТФ), который образуется в клетках эпителия петли в митохондриях (МХ), а расщепляется с высвобождением химической энергии с помощью фермента - Na+, K+ АТФ-азы, локализующейся на базолатеральной поверхности канальцевых клеток.
Итак, в петле Генле и дистальных канальцах происходит энергозависимое осмотическое разбавление мочи за счет поступления в интестициальную ткань и кровь омывающих капилляров электролитов при сохранении основного количества воды в канальцах.
Осмотическое концентрирование мочи характерно для собирательных трубочек. Для осмотического концентрирования мочи необходимо наличие высокой осмолярности медуллярного интерстиция, поскольку отделы нефрона, отвечающие за осмолярность, находятся преимущественно в мозговом слое почки, а также должна быть обеспечена проницаемость собирательных трубочек для воды, что определяет и концентрирование, и уменьшение объема мочи до нормальных значений (около 1% исходного количества).
Высокая осмолярность медуллярного интерстиция создается в процессе транспорта ионов и, отчасти, мочевины из петли нефрона и дистальных канальцев в межуточную ткань мозгового вещества. Таким образом, разбавление мочи в нефроне сопровождается ростом осмолярности интерстиция и крови сопутствующих капилляров, что создает осмотичесий градиент, который является физиологической основой для пассивного транспорта воды. Тем не менее, транспорт воды возможен только при наличии проницаемости собирательных трубочек для воды, которая, в свою очередь, зависит от присутствия антидиуретического гормона (АДГ). АДГ, он же вазопрессин, является гормоном пептидной природы (циклическим октапептидом), вырабатываемым задней долей гипофиза. Действие гормона направлено на 2 локуса: гладкомышечную клетку сосуда, что приводит к ее сокращению, и собирательные трубочки нефрона. АДГ обеспечивает проницаемость собирательных трубочек для воды и позволяет воде перемещаться по осмотическому градиенту из просвета канальцев в кровеносные сосуды и удаляться с кровью. Отсутствие антидиуретического гормона приводит к выделению разбавленной мочи большого объема.
Таблица 2.
Осмоляльность(мОсм/кг)и плотность(г/л)канальцевой жидкости
в зависимости от наличия антидиуретического гормона (АДГ).
| Сегмент нефрона | АДГ отсутствует осмоляльность плотность | АДГ максимум осмоляльность. плотность |
| Проксимальный каналец | 300 1010 | 300 1010 |
| Собирательная трубочка | 50-100 1001-1003 | 300 1010 |
| Окончательная моча | 50 1002 | 1200 1035 |
За сутки у взрослого человека выделяется от 0,6 до 2 л мочи, около 2/3 которой выделяется в дневное время. При нормальном функционировании почечных канальцев разброс плотности отдельных порций мочи в течение суток может колебаться от 1004 до 1035 г/л. Нарушение процессов образования мочи описывается следующими основными терминами:
анурия - выделение менее 50 мл мочи в сутки;
олигурия - выделение менее 600 мл мочи в сутки;
полиурия - выделение более 2 л мочи в сутки;
никтурия - преимущественное выделение мочи ночью;
изостенурия- плотность всех порций мочи равна плотности плазмы крови (1010 г/л);
гипостенурия - плотность всех порций мочи меньше плотности плазмы крови (<1010 г/л);
гиперстенурия - плотность всех порций мочи больше плотности плазмы крови (> 1010 г/л).
При повреждении канальцев, как правило, сначала нарушаются процессы концентрирования мочи. Вероятно, это связано с тем, что способность концентрировать мочу появилась относительно недавно. При сравнении строения нефрона у рыб, амфибий, птиц и млекопитающих оказалось, что все из указанных животных способны разбавлять мочу, но только птицы и млекопитающие, нефроны которых снабжены петлей, способны выводить мочу с осмоляльностью, превышающей осмоляльность плазмы крови, т.е. ее концентрировать.
При выявлении нарушения процессов концентрирования мочи необходимо исключить недостаточность секреции АДГ.
В ряде случаев необходимо увеличить объем выделяемой мочи. С этой целью используются фармакологические препараты, повышающие диурез - диуретики. Существует несколько классов диуретиков, имеющих различный механизм действия. Так, осмотические диуретики представляют собой осмотически активные водорастворимые вещества, имеющие низкую ОММ, которые легко фильтруются в клубочках и либо практически не реабсорбируются в нефроне, либо их реабсорбция ограничена мощностью канальцевого аппарата (маннитол и др.). Такие диуретики препятствуют осмотическому разбавлению мочи, что уменьшает пассивное перемещение воды по осмотическому градиенту в собирательных трубочках. К “петлевым” диуретикам, в частности, к фуросемиду (лазиксу), чувствителен транспорт Na+, K+, и Cl- ионов. Применение фуросемида снижает способность почек к максимальному разбавлению мочи, но в то же время способствует выведению ионов K+. Тиазидные диуретики уменьшают выведение Na+ и Cl- в дистальном канальце, что также препятствует образованию максимально разбавленной мочи, однако диуретический эффект более слабый и не влияет на уровень калия.
Ионный обмен в канальцах.
Обмен натрия.
Наиболее важным регулятором объема жидкости тела является баланс натрия, поскольку натрий - основной внеклеточный катион, а наиболее важным регулятором баланса натрия является почка. При обычном режиме питания в организм поступает 10г NaCl в сутки, из них 0,5г теряются с потом и выводятся через желудочно-кишечный тракт (ЖКТ), а основная часть баланса определяется почками.
Основным параметром, определяющим выделение натрия почками является скорость клубочковой фильтрации (СКФ). Небольшое изменение СКФ приводит к выраженным изменениям фильтрации натрия. Для сохранения объема тела профильтровавшийся натрий должен транспортироваться из просвета канальца в почечный интерстиций. Транспорт натрия осуществляется на протяжении всего нефрона, однако количесво возвращенного натрия и механизмы обратного всасывания различаются между собой, хотя все они энергозависимы (активный транспорт) и обеспечиваются энергией, благодаря работе фермента - Na+, K+ АТФ-азы, расположенной на поверхности клеток эпителия на всем протяжении нефрона.
Перемещение натрия из просвета канальца в клетку может идти двумя путями:
- через клетку, трансцеллюлярный путь,
- между клетками, парацеллюлярный путь.
В клетку натрий может перемещаться совместно с аминокислотами, глюкозой, фосфатами, из клетки в интерстиций - с бикарбонатами, через межклеточное пространство - с хлоридами. Очень важным является механизм обмена натрия на протон и натрия на калий. Последние механизмы конкурирующие, снижение активности одного из них приводит к повышению активности другого. В проксимальных канальцах реабсорбируется до 70-80% профильтровавшегося натрия, в остальных отделах нефрона вплоть до собирательных трубочек реабсорбируется в совокупности до 90% натрия. Выделение оставшегося натрия зависит от потребностей организма и регулируется специальными механизмами.
Регуляция транспорта натрия обеспечивается различными биологически активными веществами.
Повышает реабсорбцию натрия
высокое онкотическое давление в выносящей артериоле (v. efferens),
высокая реабсорбция веществ-котранспортеров натрия (глюкоза и др.),
кортикостероиды, эстрогены, гормон роста,
внутрипочечные факторы.
Снижает реабсорбцию натрия:
предсердный натрийуретический фактор,
уабаин - низкомолекулярное соединение из гипоталамуса,
прогестерон, паратиреоидный гормон, глюкагон,
внутрипочечные факторы.
Наиболее важным внепочечным регулятором реабсорбции натрия является альдостерон, стероидный гормон клубочковой зоны коры надпочечников. Гормон регулирует реабсорбцию около 2% натрия, действует на главные клетки собирательных трубочек коры, открывая натриевые каналы в апикальной, обращенной в просвет канальца, мембране. Повышение реабсорбции натрия приводит к повышенной секреции калия в просвет канальцев.
Секрецию альдостерона регулирует концентрация натрия и калия в плазме крови и адренокортикотропный гормон (АКТГ) гипофиза, однако наибольшее влияние, обеспечивающее коррекцию нарушений объема внеклеточной жидкости, оказывает системаренин - ангиотензин II-альдостерон.
Таблица 3.